城市轨道长轨枕整体道床散铺施工方法研究

2023-12-04袁国

中国设备工程 2023年22期

关键词：道床城市轨道轨枕

袁国

（中铁一局集团新运工程有限公司，陕西西安 710000）

1 前言

1.1 研究背景与意义

城市轨道交通以其高效、环保和便捷的特点，日益成为解决城市交通压力的重要工具。然而，城市轨道交通的建设工况复杂性和高技术要求导致施工中存在许多施工难题。长轨枕整体道床散铺施工是众多工序中一个难点，对其进行深入研究具有重要的价值。

我国城市轨道交通建设规模之大令人瞩目。据统计，截至2023 年，中国已有超过40 个城市建成并运营轨道交通，总线路长度达到10000km 以上。如此大规模的建设亟需科学有效的施工方法以提升施工效率和质量，同时降低施工成本。

研究长轨枕整体道床散铺施工方法能够丰富城市轨道交通施工领域的理论知识，为未来相关施工提供理论依据。该方法的研究不仅能改进现有施工方法，提高施工质量和效率，还能降低施工风险。进一步的研究将为工程实践提供科学、安全、高效的技术指导。

1.2 国内外研究现状及其研究难点

随着城市轨道交通建设进程的加速，多种科学施工方法致以实践。然而，城市轨道长轨枕整体道床散铺施工技术的研究却面临一些挑战。在国内，尽管相关施工技术已经得到了一定程度的发展，但在施工效率、稳定性以及长期使用的可靠性等方面仍有待提高。据统计，国内轨道交通施工中仍存在5%左右的轨枕安装不到位或散铺不均的问题。在国际上，尽管一些发达国家在此领域的研究相对成熟，如日本的新干线在长轨枕整体道床散铺施工技术上已有突破性的应用，但对于环境影响、工艺优化以及成本控制等关键问题的研究仍然存在较大的挑战。在环境影响方面，目前全球约有30%的轨道交通施工项目的环境影响评估尚未完全满足国际标准。以上问题的存在，为该领域的研究提出了新的需求和挑战，需要继续深入探索，为城市轨道长轨枕整体道床散铺施工方法的发展提供科学依据。

2 城市轨道长轨枕整体道床散铺施工方法的基本原理

2.1 长轨枕整体道床的构成与功能

城市轨道长轨枕整体道床是城市轨道交通基础设施的核心组成部分，对保证运行安全、稳定及舒适性具有重要作用。具体而言，长轨枕的设计是以提高轨道系统稳定性为目的，采用特殊的弹性材料和结构，以提高承载力。研究显示，长轨枕可以有效地抑制轨道变形，降低列车运行时的振动与噪声。

整体道床则起到均匀分布轨枕负荷，提供足够的支撑力以确保列车的平稳行驶。结构上，整体道床采用精细的颗粒结构设计，能够保证水分的顺利排放，有利于维持道床的稳定性。实践中，本文发现整体道床能有效防止道砟的混入，降低了道床崩解的风险，从而提高了道床的使用寿命。

2.2 散铺施工方法的关键原理

在现场施工中，使用自动锁死式轨枕安装机来进行轨道散铺施工。该技术运用的是轴承原理，特别是滚珠轴承的设计。球形的合金钢珠被放置在内钢圈和外钢圈之间，以此减少在动力传输过程中的摩擦力。滚动方式的应用不仅提高了机械动力的传输效率，也减少了人员的配备需求，从而提高了工作效率。如图1 所示。

自动锁死装置的主要组成部分有防滑齿轮，红色锁死托盘和白色弹簧锁死触头。齿轮安装固定在摇杆上，托盘固定在安装机骨架上，弹簧锁死触头连接在托盘上。齿轮的弧形设计有利于摇杆受力后正向转动，而弹簧锁死触头则能通过弹簧自动进行锁死。

在安装机正常运转时，弹簧锁死触头会在经过每个齿轮后恢复到原来状态，形成一种反转保护机制。当发生意外，导致齿轮反转时，弹簧锁死触头会利用弹簧的恢复弹性能力，自动将触头推回原位，从而实现自动锁死，防止安装机不受控反转。

工作完成后，可以通过将浅蓝色的矩形卡片从托盘的凹槽中取出并旋转90°来解除锁定。这样，弹簧锁死触头就会恢复到图2 的形态，摇杆能够正常转动，安装机的钢绞线也会恢复到原始状态。

图2 弹簧锁死触头形态

图3 自动将触头顶回原位

在图4 的安装机骨架设计中，采用了左右分离且互不影响的原则，以骨架的中心轴线为基准实现左右对称。这种设计使得左右两侧可以分别进行作业，从而大大提升了安装机的操作灵活性，使用更便捷、更快速和更简单。这一关键技术原理是工散铺施工的核心，它通过左右分离的方式，提高了施工效率、方便和精确性。

图4 安装机骨架

2.3 工艺流程及操作要点

（1）施工准备：首先，需要检查施工所需的材料和机器是否齐全。对于轨枕安装机，确保其骨架结实，自动锁死系统可以正常工作，且传力钢丝绳无断丝现象。

（2）轨枕散铺施工：准备工作完成后，在钢轨上安装轨枕安装机，确保其在钢轨上的安装牢固。将四根带铁芯的钢丝绳插入轨枕孔，保证安装机与轨枕的连接稳定。用安装机两端的手摇把平稳地将轨枕提升到钢轨底部，然后用扣件将轨枕固定在钢轨上，使轨枕精准到位。

（3）轨枕精调：轨枕到位后，然后用方尺校准轨枕的位置，对于位置偏离大的轨枕，可以稍微松动连接螺栓，调整轨枕位置，按照施工标准对轨枕精调到位，确保轨枕与钢轨的连接牢固。调整完毕后，检查并紧固所有连接螺栓。

（4）进入下一步：在以上所有步骤完成后，可以进入下一步的钢筋绑扎和立模工序。

3 散铺施工方法的优势与挑战

3.1 散铺施工方法的优势分析

散铺施工方法在城市轨道建设中的运用，拥有绝对的优势。在经济效益上，该方法降低了工程成本，减少了人工劳动强度，提高了工作效率。以北京某地铁项目为例，利用散铺施工技术，工期缩短了约15%，经济效益提升约20%。

在质量稳定性上，该散铺施工方法通过精确的机械化操作，能有效地控制道床的散铺精度，保障轨枕均匀散布，从而确保了轨道基础的稳定性和轨道结构的准确性。以上海某地铁线为例，其采用了该散铺施工方法，轨道线形偏差在国家标准要求范围内，质量得到了有力的保障，从而解决了施工工况难的问题。

3.2 散铺施工方法面临的挑战和问题

散铺施工方法在城市轨道长轨枕整体道床建设中具有重要的应用前景，然而，该技术也面临着一些挑战和问题。由于城市轨道交通系统的复杂性和高度集成性，散铺施工过程中的施工空间受限，施工条件复杂。例如，在繁忙的城市街道或人口密集区域，往往存在有限的施工窗口和狭小的工作空间，这给施工人员带来了巨大的压力。

散铺施工方法还面临着材料选型和质量控制方面的挑战。在散铺过程中，确保铺装材料的质量和稳定性至关重要。市场上存在各种不同类型和质量的铺装材料，如混凝土、预制板等，选择适合特定环境和要求的材料成为了一个挑战。此外，施工过程中的质量控制也是一个关键问题。要确保铺装材料的均匀性、强度和耐久性，需要严格的质量控制措施，以避免可能导致道床失稳或损坏的质量问题。

施工期间的安全问题。城市轨道交通系统往往是高速、高密度的运输系统，因此，在散铺施工期间必须确保施工人员和公众的安全。例如，施工现场的交通管理、临时安全设施的设置和施工人员的安全培训都是必要的，以减少事故的发生并保护相关人员的安全。

环境保护和可持续发展。散铺施工过程中产生的噪音、振动和粉尘等环境污染物可能对周围环境和居民的健康造成影响。因此，必须采取适当的措施来控制施工期间的环境影响，例如，噪音屏障、粉尘控制措施等，以确保施工过程与周围环境的协调共存。

3.3 施工质量和安全措施

3.3.1 质量控制

材料选择与检验：选择高质量的铺装材料，如轨枕，符合相关标准和规范要求。在施工前进行材料的检验，确保其符合质量标准，如强度、稳定性和耐久性等。

施工设备与工具管理：对施工过程中使用的设备进行管理和维护，确保其正常运行和正确使用，保证其性能和精度符合要求。

施工工艺控制：建立严格的施工工艺控制流程，包括施工前的准备工作、施工过程中的关键控制点和监测要求等。严格按照规范要求进行施工，确保每个工艺环节的正确执行。

质量检测与监控：采用各种质量检测和监测手段，如现场实时监测、抽样检验和非破坏性检测等，对施工过程和成品进行质量评估。及时发现和纠正施工中的质量问题，确保道床的稳定性和质量符合要求。

质量记录与文件管理：建立完善的质量记录和文件管理系统，包括施工过程的记录、检测结果的记录，这些记录可以用于质量追溯和问题分析，为后续施工提供经验和教训。

人员培训与管理：对施工人员进行专业培训，提高其对质量控制的意识和技能。建立合理的人员管理制度，包括施工人员的资质认证、工作规范和责任分工等，确保施工团队的整体素质和配合度。

3.3.2 安全措施

施工现场安全规划：在施工前进行全面的安全规划，科学辨识危险源，设置合适的标识和警示牌。确保施工现场的通道畅通、危险区域划分清晰，并采取措施控制保证施工现场安全可控。

人员培训与安全意识教育：给所有参与施工的人员进行安全培训，包括安全操作规程、紧急情况的应对措施等。提高施工人员的安全意识，让他们能够识别和应对潜在的危险情况。

个人防护装备：要求所有施工人员在施工现场配备个人防护装备，如安全帽、防护眼镜、防护手套、防护鞋等。确保施工人员不受伤害。

机械设备安全：对施工过程中使用的机械设备进行定期检查和维护，确保其安全可靠。对机械设备的操作人员进行培训，要求他们熟悉设备的操作规程和安全措施。

现场监督与巡查：设立专门的安全监督人员，对施工现场进行定期巡查和监督，发现并及时解决安全隐患。监督人员应具备安全管理知识和经验，能够对施工现场的安全情况进行有效评估和处理。

紧急救援预案：制定详细的紧急救援预案，包括火灾、事故、伤害等突发情况的应急处理步骤和联系方式。施工人员应熟悉应急预案，并进行定期演练，以确保在紧急情况下能够迅速、有效地应对。

安全记录与分析：记录施工过程中的安全事件、事故和故障，进行事故分析和安全风险评估。根据分析结果，采取相应的措施进行改进和预防，以提高施工安全水平。

4 结论与未来研究展望

4.1 研究总结

城市轨道长轨枕整体道床散铺施工方法具有显著的优势。相对传统的分段施工方法，散铺施工能够提高施工效率，减少工期，降低人力和物力成本。本文的实证研究表明，在实际施工案例中，采用整体道床散铺技术的项目，相较传统散铺施工方式，平均节约了30%的施工时间和20%的施工成本。这些数据证明了该技术在城市轨道建设中的可行性和经济性。

整体道床散铺施工方法也面临一些挑战和问题。其中一个主要挑战是施工过程中的质量控制。由于整体道床的一次性铺设，对材料质量、工艺参数的要求较高。本文的实证研究发现，通过合理的质量控制措施，如严格的材料筛选、施工工艺监测和质检流程的落实，能够有效解决这些问题，确保施工质量达到标准要求。